安防自模擬轉(zhuǎn)IP之后，網(wǎng)絡(luò)在安防的應(yīng)用越來(lái)越重要，也越來(lái)越復(fù)雜。無(wú)論是安防廠商、集成商還是最終用戶，對(duì)交換機(jī)如何選型及視頻卡頓的原因存在不少誤解。市面上流傳的很多所謂選型經(jīng)驗(yàn)和文檔，其實(shí)都是滿滿的坑，所以，今天我把這些常識(shí)性錯(cuò)誤簡(jiǎn)單總結(jié)一下。
一、安防網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)選型三大誤區(qū)
誤區(qū)1：盲目根據(jù)交換容量計(jì)算攝像機(jī)帶機(jī)數(shù)量
這種算法，就是把交換機(jī)的交換容量簡(jiǎn)單除以攝像頭的碼流，然后計(jì)算出帶機(jī)數(shù)量。
如果根據(jù)這個(gè)理論，一臺(tái)24口全千兆非網(wǎng)管交換機(jī)每個(gè)端口速率都是1000Mbps，下連端口只要合計(jì)接入不超過(guò)250路4M碼流的攝像機(jī)就沒(méi)有問(wèn)題，那整臺(tái)交換機(jī)就可以帶幾千路?
估且按所謂的實(shí)際性能一般只有理論值的 60~70%，那每個(gè)下連端口也可以合計(jì)接入不超過(guò)150路就沒(méi)有問(wèn)題，整機(jī)怎么著也可以帶1000多路?
可實(shí)際情況是這樣嗎?
照這個(gè)邏輯，千兆傻瓜機(jī)和網(wǎng)管機(jī)帶機(jī)能力也沒(méi)啥區(qū)別了。當(dāng)我們按照這個(gè)理論去分析視頻卡頓的網(wǎng)絡(luò)原因，會(huì)分析到你懷疑人生。
最后發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶寬設(shè)計(jì)完全沒(méi)有問(wèn)題，流量根本不存在瓶頸，交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)看起來(lái)很正常的，可視頻就是卡卡卡，馬賽克花花花，怎么解釋?
誤區(qū)2：交換機(jī)的實(shí)際性能一般只有理論值的 60~70% ?
很多人，甚至是交換機(jī)廠家的售前，會(huì)在做安防方案的時(shí)候，跟你說(shuō)，交換機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)性能只有理論值的60%~70%，所以，計(jì)算待機(jī)數(shù)量要留余量。
24口全千兆交換芯片，交換容量必須≥48Gbps【24(24個(gè)端口)X1G(1000M)X2(全雙工)=48G】，否則就達(dá)不到線速轉(zhuǎn)發(fā)，我想沒(méi)有哪一家芯片設(shè)計(jì)公司會(huì)犯這種低級(jí)的常識(shí)性錯(cuò)誤，也沒(méi)有哪一家正規(guī)交換機(jī)廠商會(huì)把一款達(dá)不到線速轉(zhuǎn)發(fā)性能的交換機(jī)推向市場(chǎng)(機(jī)箱式交換機(jī)線卡存在阻塞比另當(dāng)別論)。
如果你真遇到過(guò)交換機(jī)的交換容量達(dá)不到理論值，只有60~70%的性能，那恭喜你，你成功購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)次品，這種次品正規(guī)廠商想做都做不到，因?yàn)橹挥醒邪l(fā)設(shè)計(jì)或者生產(chǎn)制程有缺陷，并且沒(méi)有經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)測(cè)試就直接市場(chǎng)銷(xiāo)售的才有可能出現(xiàn)這種產(chǎn)品。同理，包轉(zhuǎn)發(fā)率也是如此。
誤區(qū)3：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行交換機(jī)選型
目前各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商在涉足安防網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目時(shí)，除了按端口規(guī)格選型，按交換容量選型，還有最重要的一個(gè)手段，就是根據(jù)以往的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)選型。
可是我們常常遇到這樣的情況，同一款交換機(jī)在不同項(xiàng)目中，并且這些項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)規(guī)模差不多，攝像機(jī)數(shù)量及碼流也差不多，組網(wǎng)方案也是一樣的。
A項(xiàng)目是好的，B項(xiàng)目也是好的，可是C項(xiàng)目就會(huì)出現(xiàn)卡頓，WHY?
立馬聯(lián)系廠家換一臺(tái)，一換就好了，嗯，看來(lái)真是運(yùn)氣不好?？墒沁^(guò)段時(shí)間又出現(xiàn)卡頓了，WHY?
不斷的換設(shè)備，重啟設(shè)備，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。反復(fù)折騰，也許好了，也許還是會(huì)隨機(jī)卡頓，搞的筋疲力盡，最終也無(wú)法定論，甚至一線網(wǎng)絡(luò)品牌廠家也給不出一個(gè)準(zhǔn)確原因。
二、視頻卡頓的原因
首先，我們先來(lái)簡(jiǎn)單的剖析一下視頻流傳輸?shù)幕A(chǔ)原理：
視頻流是由I幀和P幀組成，其中I幀為超大幀，在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^(guò)程，I幀的任何一個(gè)報(bào)文的丟失，就會(huì)導(dǎo)致視頻無(wú)法成像，同時(shí)，由于視頻的實(shí)時(shí)性要求，一般采用UDP的傳輸機(jī)制，即丟包不重傳，所以，基本上網(wǎng)絡(luò)只要出現(xiàn)丟包，就會(huì)卡頓。
其次，再來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下交換機(jī)的交換原理：
當(dāng)某個(gè)100M端口向另一個(gè)100M端口傳輸1M的數(shù)據(jù)流時(shí)，是以100M的速率傳輸了1/100秒。如果這1/100秒時(shí)有另外一個(gè)100M端口也向同一個(gè)100M端口傳輸1M的數(shù)據(jù)流，雖然兩個(gè)端口加起來(lái)數(shù)據(jù)流只有2M，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到100M的帶寬瓶頸，但也會(huì)擁塞。
同理，1000M端口在同一時(shí)間點(diǎn)只能接受一個(gè)1000M端口傳輸數(shù)據(jù)，但可以同一時(shí)間點(diǎn)接受10個(gè)100M端口傳輸數(shù)據(jù)，但超過(guò)10個(gè)，也會(huì)擁塞。
所以，流量(帶寬)與速率是二個(gè)概念，不能混為一談。無(wú)論傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流有多大，傳輸?shù)乃俾识际?00M或1000M，只是不同數(shù)據(jù)流大小傳輸所需的時(shí)間長(zhǎng)短不同罷了。當(dāng)速率相同的情況下，兩個(gè)及以上的端口在同一時(shí)間點(diǎn)向同一端口傳輸時(shí)，就會(huì)擁塞。此時(shí)緩存如果能夠存放下?lián)砣臄?shù)據(jù)流，就不會(huì)丟包，如果緩存存放不下，就會(huì)丟包。
通過(guò)以上兩點(diǎn)的簡(jiǎn)單分析，我們可以明白，當(dāng)交換機(jī)傳輸經(jīng)過(guò)的視頻流路數(shù)越多，瞬間并發(fā)的可能性就越大，那么擁塞的概率就越高，這也是為什么匯聚層或核心層更容易擁塞的原因，尤其是核心層，傳輸經(jīng)過(guò)的視頻流路數(shù)是最多的，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)幾百路上千路都要經(jīng)過(guò)核心交換機(jī)進(jìn)行傳輸。
這里要再次重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，安防網(wǎng)絡(luò)中，卡頓丟包多數(shù)是因?yàn)檫@種擁塞而導(dǎo)致的，而不是轉(zhuǎn)發(fā)性能導(dǎo)致的，這是兩個(gè)完全不同的概念。
備注：很多客戶會(huì)將延時(shí)和卡頓混淆，延時(shí)指的是圖像數(shù)據(jù)從前端的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集后到用戶端的監(jiān)視設(shè)備觀看到圖像的時(shí)間差。攝像機(jī)采集后的圖像通過(guò)壓縮編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸、解碼輸出顯示等處理，這些過(guò)程雖然很短暫，但我們?nèi)匀豢梢愿杏X(jué)顯示的圖像有滯后，這個(gè)滯后就是圖像延時(shí)。但延時(shí)只要不超過(guò)1S，是很難直觀感覺(jué)到，并且多數(shù)場(chǎng)景也不影響應(yīng)用。除非是一些特定的工業(yè)領(lǐng)域，需要依據(jù)視頻的分析做出毫秒級(jí)的處理的，那延時(shí)就比較關(guān)鍵了。延時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生圖像丟失，也不會(huì)丟包。而卡頓則會(huì)造成圖像丟失，是因丟包引起的。
除了擁塞丟包外，還有一種原因就是因?yàn)椴季€工程的質(zhì)量引起的，比如線路老化，水晶頭氧化，水晶頭沒(méi)有做好等，這些情況都會(huì)導(dǎo)致類(lèi)似于FCS錯(cuò)誤幀而引起丟包。嚴(yán)格意義上，這跟交換機(jī)沒(méi)有關(guān)系，在此就不細(xì)說(shuō)。
三、安防交換機(jī)怎么選型
1、根據(jù)攝像機(jī)的碼流和數(shù)量做好交換機(jī)規(guī)格選型，并設(shè)計(jì)好組網(wǎng)方案。
隨著網(wǎng)絡(luò)在安防的普及，從業(yè)人員的技術(shù)能力逐步加強(qiáng)，因規(guī)格選型和組網(wǎng)方案導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)故障會(huì)越來(lái)越少。如果因?yàn)檫@個(gè)原因?qū)е聨捚款i，確實(shí)太低級(jí)了。某網(wǎng)絡(luò)共有XX臺(tái)X碼流的攝像機(jī)，接入層該選多少臺(tái)什么樣端口規(guī)格(端口數(shù)量和端口速率)的交換機(jī)，匯聚層該選多少臺(tái)什么樣端口規(guī)格的交換機(jī)，核心層該怎么選，這類(lèi)簡(jiǎn)單的知識(shí)我就不在這里浪費(fèi)筆墨去寫(xiě)了，網(wǎng)上很多。
同時(shí)，為了應(yīng)對(duì)突發(fā)流量，在選型和設(shè)計(jì)方案時(shí)，交換機(jī)端口的帶寬使用率建議不要超過(guò)70%，最好控制在60%以?xún)?nèi)。注意：并不是因?yàn)閷?shí)際性能只有理論值的 60~70%，而是為了預(yù)防突發(fā)流量，不建議使用率過(guò)高。轉(zhuǎn)發(fā)性能是第一步要保證的，然后再去考慮避免擁塞。
2、盡可能選用緩存大的網(wǎng)管型交換機(jī)。
緩存是可以減少擁塞導(dǎo)致的丟包，理論上，如果緩存足夠大，丟包為零，視頻也不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)原因卡頓。好了，那該怎么計(jì)算XX路XX碼流的攝像機(jī)該用多大緩存的交換機(jī)?理論上是可以計(jì)算的，但實(shí)際上你計(jì)算完了之后，發(fā)現(xiàn)地球上目前還沒(méi)有能滿足這個(gè)緩存需求的交換機(jī)。
擁塞是有概率性的，不可能每個(gè)端口都會(huì)同時(shí)擁塞，所以芯片公司不會(huì)這樣去設(shè)計(jì)緩存，因?yàn)榫彺娴某杀咎?。正常情況下，越高端的交換機(jī)，業(yè)務(wù)特性越豐富的交換機(jī)緩存越大。這也就是為什么當(dāng)我們選擇網(wǎng)管型，或者三層交換機(jī)，丟包卡頓的概率會(huì)低一些。同樣24口千兆交換機(jī)，非網(wǎng)管的緩存可能只有幾百K，而三層交換機(jī)緩存可能有幾十M。
所以，當(dāng)預(yù)算足夠，成本可以接受的時(shí)候，盡可能選擇緩存大的網(wǎng)管型交換機(jī)，因?yàn)檫@是芯片公司設(shè)計(jì)芯片時(shí)的規(guī)律。普及一個(gè)小知識(shí)，同樣24口千兆非網(wǎng)管芯片與24口千兆三層芯片，交換容量是一樣的，不一樣的是各種表項(xiàng)容量，緩存大小，業(yè)務(wù)特性(功能)等。對(duì)于設(shè)備廠商來(lái)說(shuō)，研發(fā)交換機(jī)時(shí)，只能盡可能選擇緩存大的芯片，并不能更改緩存的大小，這是芯片的硬件特性。
可是，無(wú)論交換機(jī)怎么選型和組網(wǎng)設(shè)計(jì)，目前沒(méi)有任何一家廠商敢保證他的產(chǎn)品和方案在任何安防項(xiàng)目中永遠(yuǎn)都不會(huì)出現(xiàn)卡頓，包括我們所熟知的華為華三也不敢保證。因?yàn)閿z像機(jī)碼流的傳輸是動(dòng)態(tài)的，擁塞的可能性隨時(shí)存在，而交換機(jī)的緩存大小又不可能完全解決所有攝像機(jī)擁塞的需要。
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